第二章 全站仪的测量原理普通光学经纬仪难以满足测角自动显示、自动记录和自动传输数据的要求。世 界 上 第 一 台 电 子 经 纬 仪 (electronic theodolite)于1968年研制成功，80年代初生产出商品化的电子经纬仪。 采用光电扫描度盘，利用光电转换原理和微处理器将角度方向值变为电信号，从而完成自动化测角的全过程，实现角度测量的自动显示、自动记录和自动传输数据。2.1 全站仪的测角原理总述 电子经纬仪与光学经纬仪外形结构相似，但其测角读数系统采用的是光电扫描度盘和自动显示系统。根据光电扫描度盘获取电信号的原理不同，电子经纬仪电子测角系统也不同，主要有以下三种： 1.编码度盘测角系统即采用编码度盘及编码测微器的绝对式测角系统； 3.动态测角系统即采用计时测角度盘并实现光电动态扫描的绝对式测角系统。 2.光栅度盘测角系统即采用光栅度盘及莫尔干涉条纹技术的增量式测角系统； 4全站仪的测角原理静态度盘测角动态度盘测角编码度盘测角光栅度盘测角5 一、编码度盘测角原理 扇区型码盘 条码型码盘光栅度盘测角系统测角原理光栅度盘测角系统测角原理光栅度盘测角系统测角原理光栅度盘测角系统测角原理7二、编码度盘与光栅度盘测角特点比较8三、电子测角中的轴系补偿与改正 补偿：（1） 垂直轴倾斜对垂直度盘读数的影响 （2） 垂直轴倾斜对水平度盘读数的影响新型液态双轴自动补偿系统 9三、电子测角中的轴系补偿与改正 轴系改正：（1） 视准轴误差（C）的改正（2） 垂直度盘指标差（I）的改正 （3） 水平轴倾斜误差（i）的改正 10三、电子测角中的轴系补偿与改正i 垂直度盘指标差， L 补偿器零点指标差， C 视准差k 水平轴倾斜对水平角的影响，T 垂直轴倾斜对水平角的影响 轴系补偿与改正开关的不同设置对测角的影响11四、自动目标识别与照准自动目标识别的类型： 1）配合式目标识别； 2）自主式目标识别。 徕卡ATR自动目标照准： 1）搜索过程； 2）目标照准过程； 3）测量过程。 2.2 全站仪的测距原理 根据载波的不同可分为： 1、光电测距 （可见光、红外光、激光） 2、微波测距 （无线电波、微波） 电磁波测距是用电磁波（光波或微波）作为载波传输测距信号以测量两点间距离的一种方法。 电磁波测距的优点： 1、测程远、精度高。 2、受地形限制少。 3、作业快、工作强度低等优点。 公路工程测量中应用较多的是中短程红外光电测距仪。 光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返传播的时间t2D，计算待测距离D：式中：式中：c 光波在空气中的光波在空气中的传播速度播速度一）测距原理二）测距方法 光电测距仪按照t2D的不同测量方式，可分为：脉冲式（直接测定时间）相位式（间接测定时间）1、脉冲式 脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测距离上往返传播的时间来计算距离。脉冲测距原理图：脉冲的振荡频率q：计数器计得的时钟 脉冲个数 计数器只能记忆整数个时钟脉冲，不足一周期的时间被丢掉了。测距精度较低，一般在“米”级，最好的达“分米”级。2、相位式 相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的形式，通过测量正弦光波在待测距离上往、返传播的相位移来解算时间。 将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：由于，所以则：式中 ，取，则不同的调制频率对应的测尺长见下表：调制频率测尺长10m20m100m1km2km 调制频率越大，测尺长度越短。 相位式测距仪的基本工作原理图：1、由发射系统发射一个调制光波，同时至检相器；2、调制光波在待测距离上传播，反射镜反射后，经接 收系统进入检相器；3、检相器将发射信号与接收信号进行相位比较，测出 相位差 ；4、每改变频率f 后的调制光波，测出一个 ，组合后经 微处理器计算显示结果。三）测程及测距仪的精度：1、测程：测距仪一次所能测的最远距离。短程测距仪 测程小于5km； 中程测距仪 测程在5km-30km； 远程测距仪 测程在30km以上。 2 2、测距仪的精度：、测距仪的精度：式中：式中：mD 测距中距中误差，差，单位位为mm； a 固定固定误差，差，单位位为mm； b 比例比例误差；差； D 以以km为单位的距离。位的距离。 某短程某短程红外外测距距仪的精度的精度为 当距离D为时，测距精度是距精度是mD=8mm。 ( 通常写作通常写作ppm)3、全站仪的等级国家计量检定规程（JJG10094）将全站仪准确度等级分划为四个等级。 4 4、距离计算：、距离计算：1 1）仪器常数改正）仪器常数改正（测距距仪的乘常数的乘常数R和加常数和加常数K）加常数加常数K=L L（mm）乘常数乘常数R的的单位是位是mm/km对于于观测值为L的距离，其常数改正的距离，其常数改正值为：2 2）气象改正）气象改正某某测距距仪的气象改正公式的气象改正公式为：式中：式中：L Lt t气象改正气象改正值，单位位为mm； P测站气站气压，单位位为mmHg， ； t测站温度，站温度，单位位为CC； LL距离，距离，单位位为km km 。3 3） 倾斜改正倾斜改正LL经过常数改正和气象改正后的斜距；经过常数改正和气象改正后的斜距；经纬仪测定的测线竖直角。经纬仪测定的测线竖直角。